電壓調節(jié)器過電流保護的制作方法
【專利說明】電壓調節(jié)器過電流保護
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年4月I日提交的題為“POWER RE⑶LAT0R(功率調節(jié)器)”的美國臨時申請S/N.61/807，212以及于2014年I月9日提交的題為“VOLTAGE REGULATOROVER-CURRENT PROTECT1N(電壓調節(jié)器過電流保護)”的美國非臨時申請S/N.14/151，725的權益，這兩件申請通過援弓I被整體明確納入于此。
[0003]背景
[0004]領域
[0005]本發(fā)明一般涉及電壓調節(jié)器。更具體而言，本發(fā)明涉及用于保護降壓調節(jié)器免于過電流的實施例。
【背景技術】
[0006]無線通信設備需要電池或外部DC功率供應來作為電源。在無線通信設備內，存在通常以比附連到該無線通信設備的電池或外部DC功率供應低得多的DC電壓來操作的集成電路(IC)。為便于集成電路在低操作電壓處操作，通常需要開關電壓調節(jié)器來將外部DC功率供應或電池電壓轉換成集成電路較低的供電電壓。開關電壓調節(jié)器是配置成用于快速打開和關閉功率晶體管(例如，M0SFET)以穩(wěn)定輸出電壓或電流的控制電路。開關調節(jié)器通常在需要較高效率、較小大小或較輕重量時用作線性調節(jié)器的替代。然而，開關調節(jié)器更復雜且它們的開關電流在沒有仔細抑制的情況下可造成噪聲問題。
[0007]作為開關調節(jié)器的示例，降壓調節(jié)器是步進下降DC到DC轉換器。降壓轉換器通常包括兩個開關(例如，晶體管和二極管)以及用于過濾輸出電壓波紋的電感器和電容器。同步降壓調節(jié)器是其中二極管被第二晶體管代替的、基本降壓調節(jié)器電路拓撲的修改版本。一般而言，降壓調節(jié)器在將電感器連接到源電壓以將能量存儲在電感器中(“開啟狀態(tài)”)與將電感器放電到負載(“關閉狀態(tài)”)之間交替。
[0008]存在對增強型降壓調節(jié)器的需要。更具體而言，存在對與保護降壓調節(jié)器免于過電流狀況相關的實施例的需要。
[0009]附圖簡述
[0010]圖1示出包括多個晶體管的降壓調節(jié)器。
[0011]圖2解說了根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施例的包括調節(jié)器的設備。
[0012]圖3解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括調節(jié)器的另一設備。
[0013]圖4是描繪根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法的流程圖。
[0014]圖5是描繪調節(jié)器的各種信號的標繪。
[0015]圖6是描繪表示通過調節(jié)器的電感器的電流的信號的另一標繪。
[0016]圖7是描繪指示調節(jié)器退出折返模式并恢復正常占空比操作的信號的又一標繪。
[0017]圖8是描繪根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法的流程圖。
[0018]圖9是描繪根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的另一方法的流程圖。
[0019]圖10解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括調節(jié)器的設備。
[0020]詳細描述
[0021]以下結合附圖闡述的詳細描述旨在作為本發(fā)明的示例性實施例的描述，而無意表示能在其中實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿本描述使用的術語“示例性”意指“用作示例、實例或解說”，并且不應當一定要解釋成優(yōu)于或勝過其他示例性實施例。本詳細描述包括具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的示例性實施例的透徹理解。對于本領域技術人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節(jié)也可實踐本發(fā)明的示例性實施例。在一些實例中，公知的結構和器件以框圖形式示出以免煙沒本文給出的示例性實施例的新穎性。
[0022]圖1解說降壓調節(jié)器100，它可被用來降低來自電池的電壓并將DC電壓供應給電子設備。降壓調節(jié)器100包括晶體管102和104，它們中的每一者由控制器106控制。降壓調節(jié)器100還包括二極管108、電容器112、電感器110、以及負載120，負載120接收降壓調節(jié)器100的輸出電壓。如將理解的，控制器106被配置成改變晶體管102和104被導通以將電感器110與源電壓(Vin)交替連接和斷開連接的占空比。在電感器110存儲能量并將能量放電時，它產(chǎn)生輸出電壓Vout，其略小于源電壓Vin。
[0023]—般需要降壓調節(jié)器以提供對在經(jīng)調節(jié)輸出節(jié)點處短路到接地的保護。主動電流限制可被實現(xiàn)為峰值電流檢測，以決定何時超馳正?？刂骗h(huán)路來截止調節(jié)器的P型場效應晶體管(PFET)并導通調節(jié)器的η型場效應晶體管(NFET)。必須作出與使用什么事件來截止NFET并導通PFET且給予正?？刂骗h(huán)路恢復控制的機會有關的決定。示例實現(xiàn)包括使用降壓開關時鐘的上升沿或在時間值上使用恒定NFET。這兩種方法在輸出電壓很低或在接地故障狀況下發(fā)生問題，因為在NFET導通以將在PFET導通時添加的所有電感器能量放電時，通常沒有跨電感器的足夠的負差分。如果這樣的狀況存在，則電感器電流的多個連續(xù)凈增長循環(huán)將造成被稱為電流限制失控的狀況。
[0024]電流限制檢測速度上的實際限制需要PFET導通達最小時間量以聲明有效的過電流狀況。這造成期望電流限制閾值的有限過沖。在低輸出電壓處，過沖量級是最大的。過沖造成在PFET導通時更多能量被添加，且接地故障使得在NFET導通時能量不能完全耗散，從而導致失控關切的最差情形情況。電流限制失控可以是功率FET和電感器的可靠性的嚴重問題。它還可導致使電池供電的應用負擔過重的不合乎需要的浪涌電流。
[0025]如本文所描述的，各示例性實施例涉及與電壓調節(jié)器的過電流保護有關的設備和方法。根據(jù)一個示例性實施例，一種設備可包括選擇性地耦合到輸出端和電源的電感器。該設備還可包括配置成在從電源流到電感器的電流量等于或大于電流閾值的情況下檢測過電流事件的控制器?？刂破鬟€可被配置成在輸出端處的電壓小于或等于參考電壓的情況下檢測低電壓事件。此外，響應于過電流事件和低電壓事件，控制器可被配置成防止電流從電源流向電感器，直至電感器所存儲的基本上所有能量已耗散。
[0026]根據(jù)另一示例性實施例，本發(fā)明包括用于保護電壓調節(jié)器免于電流失控的方法。這樣的方法的各實施例可包括將電壓調節(jié)器的輸出電壓與參考電壓相比較并將通過調節(jié)器的電感器的電流與閾值電流相比較。此外，該方法可包括在通過電感器的電流大于或等于閾值電流且輸出電壓小于或等于參考電壓的情況下耗散由電感器存儲的所有能量。
[0027]通過考慮隨后的描述、所附的附圖以及附加的權利要求，本發(fā)明的其他方面以及各種方面的特征和益處對于本領域技術人員來說將會是顯而易見的。
[0028]圖2解說了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的設備200。作為示例，設備200可包括降壓調節(jié)器。設備200包括可編程參考單元202、調制器204、控制器206、以及柵極驅動器208?？删幊虆⒖紗卧?02的輸出端耦合到調制器204的一個輸入端，并且調制器204的輸出端耦合到控制器206的一個輸入端。此外，控制器206的輸出端耦合到柵極驅動器208的輸入端。
[0029]設備200還包括晶體管M3，且M3耦合在供電電壓VDD和接地電壓GND之間。更具體地，晶體管M3的源極耦合到供電電壓VDD且晶體管M4的源極耦合到接地電壓GND。此夕卜，晶體管M3的漏極在節(jié)點A處耦合到晶體管M4的漏極，節(jié)點A也可被稱為“開關節(jié)點”。另外，晶體管M3和晶體管M4中的每一者的柵極被耦合且被配置成接收來自柵極驅動器208的信號。晶體管M3可包括PFET，它在此也可被稱為“高側FET”。此外，晶體管M4可包括NFET,它在此也可被稱為“低側FET”。設備200還包括一端耦合到節(jié)點A且另一端耦合到輸出端Vout的電感器L。另外，設備200包括耦合在輸出端Vout和接地電壓GND之間的電容器C以及也耦合在輸出端Vout和接地電壓GND之間的負載225。
[0030]如本領域普通技術人員將理解的，可編程參考單元202和調制器204向控制器206提供具有期望占空比的信號?；谡伎毡?，控制器206和柵極驅動器208可被配置成使晶體管M3 “導通”和“截止”以將供電電壓VDD提供的能量存儲在電感器L中?？刂破?06和柵極驅動器208可被進一步配置成基于占空比來使晶體管M4 “導通”和“截止”以將電感器L所存儲的能量通過負載225來放電。這一經(jīng)放電的能量在通常被